CN1675976A - 装配装置和用于装配装置的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装配装置，该装配装置能在提高生产率的同时通过防止装配部件与装配目标部件的误接触高水平地保持/提高产品质量并降低生产成本。在S1设定一接触检测开始位置Hs0。在S2由一芯片保持工具保持一电子部件。在S3、S4将该工具移动到一转移位置A，然后从转移位置A下降到Hs0。在S5，工具下降到Hs0后将下降速度变为一接触检测速度。在S6，确定电子部件是否已与一基片发生接触。在S7，如果确定的结果是“YES”，在S7停止工具的下降。在S8，测量实际接触位置Hc。在S9，设定下一个接触检测开始位置Hs1，把Hs1设为Hs0(Hs0←Hs1)，从而后面的步骤反映出这一设定。在S10、S11，在通过超声波焊接将电子部件与基片接合后把工具传送到转移位置A。在S12，确定是否发出一停止指令。如果结果为“YES”，该流程结束。如果是“NO”，则程序返回S2，重新进行接合。

Description

装配装置和用于装配装置的控制装置
技术领域
本发明涉及一种装配装置和一种用来进行一种预定处理过程的控制装置，使得一装配部件(电子部件如倒焊芯片)与一装配目标部件(例如一基片)以预定方式互相接触，如将一装配部件装配在一装配目标部件上的情况那样。
背景技术
通常在这类装置中，使一由一芯片保持工具保持的电子部件向一基片下降，并在该电子部件与该基片接触时开始超声波焊接。因此必须检测接触位置。为了尽可能缩短节拍时间(tact time)，首先从一转移位置(图2中用A表示的芯片保持工具的初始位置)以较高速度将芯片保持工具降低一预定距离(以下称为初始移动距离或初始移动量，图2和9中用l表示)。然后，例如为了提高接触位置的检测精度，芯片保持工具以较低速度下降，直到接触开始，用一接触检测装置(测力仪等)检测接触等。
但是，在这种现有方法中，由于基片保持部(基片保持装置)的热膨胀和电子部件和基片的产品变化(尺寸偏差)、装配误差等，转移位置A与基片之间的距离会发生变动，从而导致下列问题。
即，为了通过缩短节拍时间来实现生产率上的改善，通常的做法把初始移动距离l(基片保持工具以一较高的速度移动的距离)设为一预定距离。但是，如果存在上面所述的变化，转移位置A与基片之间的距离会变短，并且如图10A所示，电子部件与基片会发生碰撞，结果生成废品或接触位置检测精度因无法确保足够的接触检测距离Ls(见图2)而下降。
另一方面，如果由于上面所述的变化从转移位置A到基片的距离很长，如图10B所示，基片保持工具在移动经过初始移动距离l后在较低速度下移动经过的接触检测距离(搜索距离)变得很长，从而节拍时间变长，生产率下降。
因此，为了在保持高生产率的同时避免电子部件与基片发生误接触和避免接触位置检测精度下降，可根据上面所述变化等修正初始移动距离l。
例如，日本专利申请公告No.2000-174498中公开了一种系统，其中，根据用第一基片检测到的接触开始位置修正上述初始移动距离，把经修正的移动距离用于从第二基片开始的基片上的安装。
但是，在上述系统中，实际上把从第二基片开始的基片的变形(warpage)视为与第一基片的变形相同，把用第一基片得出的修正结果用于从第二基片开始的基片，结果无法确保足够的修正精度。
发明内容
考虑到现有技术中的上述问题作出了本发明。本发明的一个目的是，提供一种装配装置和一种用于该装配装置的控制装置，其中可以例如可靠地防止装配部件与装配目标部件发生误接触，从而可同时大大提高产品质量和降低生产成本。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种装配装置，它包括：一用于保持一装配部件的装配部件保持装置；一用于保持一装配目标部件的装配目标部件保持装置；一用于移动装配部件保持装置和装配目标部件保持装置之一以使由所述装配部件保持装置保持的装配部件与由所述装配目标部件保持装置保持的装配目标部件以预定方式互相接触以进行预定的处理的控制装置；一用于检测装配部件与装配目标部件之间开始接触的接触开始检测装置；以及一用于检测由接触开始检测装置检测到装配部件与装配目标部件之间开始接触时的接触开始位置的接触开始位置检测装置，其中，所述控制装置包括：一用于将所述待移动的装置中的一个装置从一预定初始位置向另一个装置移动一预定初始移动量的初始移动控制装置；一接触移动控制装置，该控制装置用于，在由初始移动装置移动一预定初始移动量后，以与由初始移动装置进行的移动不同的方式将所述待移动装置中的一个装置向另一个装置移动，以使所述装配部件与所述装配目标部件接触；以及一修正装置，该修正装置用于在每次由所述接触开始位置检测装置检测到接触开始位置时修正所述预定初始移动量和一由所述修正装置根据检测到的接触开始位置进行修正后得出的预定初始移动量之一。
在这一结构中，检测装配部件与装配目标部件真正开始接触的位置，并根据该检测结果可在下一次装配处理中修正所述接触检测开始位置，并进而修正所述初始移动量，从而对于每次装配处理都可用高的精度修正接触检测开始位置(搜索开始位置)，从而可在保持希望的接触检测精度的同时缩短节拍时间，这使得可同时保持和提高产品质量并降低生产成本。
此外，所述接触开始检测装置可以是一种用于根据装配部件与装配目标部件之间产生的接触压力来检测接触开始的装置。
此外，所述接触开始位置检测装置可以是一种用于根据所述待移动装置中的一个装置从一预定基准位置移动到检测到装配部件与装配目标部件之间开始接触的移动量来检测接触开始位置的装置。
在所述装配装置的另一个方面中，装配(装置)还包括：一用于使一输出件作用在装配部件和装配目标部件之一上以在相互接触的装配部件与装配目标部件之间产生一预定接触压力的加压装置；一用于在与加压方向相反的方向上作为一支承部支承所述输出件的一中间部分以调节所述输出件沿加压方向相对于支承部的相对运动的锁定装置；以及一压力检测装置，该压力检测装置用于检测在作用在装配部件和装配目标部件之一上的输出件的一端部与一基本上垂直于输出件的加压方向的横截面的一位置之间实际作用在所述输出件上的一压力，其中，利用所述锁定装置在加压装置的输出件上作用预定压力，同时支承所述输出件，所述控制装置使初始移动控制装置和接触移动控制装置移动装配部件保持装置和装配目标部件保持装置之一；并且其中使压力检测装置起一接触开始检测装置的作用。
在这一结构中，在使压力检测装置起一接触开始检测装置的作用并利用由压力检测装置得出的检测结果检测接触开始时，把检测到的由装配部件与装配目标部件的接触而产生的输出件变形量作为输出件的上升量，并计及该检测结果可较精确地检测实际接触位置，从而可用较高精度修正下一个装配处理中的接触检测开始位置(搜索开始位置)。因此，对于每次装配处理都可以以较高的精度修正接触检测开始位置，从而同时可以更高的精度实现保持和提高产品质量并降低生产成本。
在所述装配装置的另一个方面中，该装配装置还包括：一用于检测作为上升量的由于在装配部件与装配目标部件发生接触时产生的接触压力造成的在输出件的接触侧端部与支承部之间的输出件变形量的上升量检测装置；以及一用于修正由所述接触开始位置检测装置根据所述上升量检测到的接触开始位置的接触开始位置修正装置，其中，接触开始位置检测装置每次检测到接触开始位置时，所述修正装置修正所述初始移动量和由所述修正装置根据由接触开始位置由修正装置修正的接触开始位置后得出的一预定初始移动量之一。
此外，该上升量检测装置可以是一用于通过一直线量规检测上升量的装置。
按照本发明的另一个方面，提供一种用于一装配装置的控制装置，它包括：一用于移动装配部件保持装置和装配目标部件保持装置之一以使一由装配部件保持装置保持的装配部件与一由装配目标部件保持装置保持的装配目标部件以预定的方式互相接触以进行预定处理的控制装置，其中，将来自一用于检测装配部件与装配目标部件之间开始接触的接触开始检测装置的信息和来自一用于当所述接触开始检测装置检测到装配部件与装配目标部件之间开始接触时检测接触开始位置的接触开始位置检测装置的信息输入所述控制装置，并且其中所述控制装置包括：一用于将所述待移动的装置中的一个装置从一预定初始位置向另一个装置移动一预定初始移动量的初始移动控制装置；一接触移动控制装置，该接触移动控制装置用于在由初始移动装置移动所述预定初始移动量后以与所述初始移动装置的移动不同的方式将所述待移动装置中的一个装置向另一个装置移动，以使装配部件与装配目标部件接触；以及一修正装置，该修正装置用于在接触开始位置检测装置每次检测接触开始位置时修正所述预定初始移动量和一由修正装置根据所检测到的接触开始位置修正后得到的一预定初始移动量之一。
在这一结构中，检测装配部件与装配目标部件真正开始接触的位置，并根据该检测结果可在下一次装配处理中修正接触检测开始位置并进而修正初始移动量，从而对于每次装配处理可以以高的精度修正接触检测开始位置，由此可在保持希望的接触检测精度的同时缩短节拍时间，这使得可同时保持和提高产品质量并降低生产成本。
在用于一装配装置的所述控制装置的另一个方面中，该装配装置包括：一用于使一输出件作用在装配部件和装配目标部件之一上以在相互接触的装配部件与装配目标部件之间产生一预定接触压力的加压装置；一用于在与加压方向相反的方向上作为一支承部支承所述输出件的一中间部分以调节所述输出件沿加压方向相对于支承部的相对运动的锁定装置；以及一压力检测装置，该压力检测装置用于检测在作用在装配部件和装配目标部件之一上的输出件的一端部与一基本上垂直于输出件的加压方向的横截面的一位置之间实际作用在所述输出件上的一压力，其中，将来自一上升量检测装置的信息输入所述控制装置，所述上升量检测装置用来检测作为上升量的由于当装配部件与装配目标部件发生接触时产生的一接触压力造成的在输出件的接触侧端部与支承部之间的输出件变形量；且其中所述控制装置装备有一用于修正由所述接触开始位置检测装置根据所述上升量检测到的接触开始位置的接触开始位置修正装置，其中，接触开始位置检测装置每次检测到接触开始位置时，所述修正装置修正所述初始移动量和由所述修正装置根据由接触开始位置修正装置修正的接触开始位置进行修正后得出的一预定初始移动量之一。
在这一结构中，同样，在使压力检测装置起一接触开始检测装置的作用并利用由压力检测装置得出的检测结果检测接触开始时，检测由装配部件与装配目标部件的接触而产生的输出件变形量作为输出件的上升量，并且考虑到该检测结果可以较高的精度检测实际接触位置，从而可用较高的精度在下一个装配处理中修正接触检测开始位置(搜索开始位置)。因此，对于每次装配处理都可以以较高的精度修正接触检测开始位置，从而同时可以更高的精度实现提高和保持产品质量并降低生产成本。
附图说明
图1为示出本发明的一第一实施例的方框图；
图2为示意性示出第一实施例中装配操作的图；
图3为示出第一实施例中装配程序的流程图；
图4为根据本发明的一第二实施例的装配装置的装配头的正视图；
图5A为图4的装配头的负荷检测装置等的一部分的局部侧视剖视图；
图5B为一θ轴线轴和一套筒的剖视图；
图6A、6B和6C为示出第二实施例的负荷检测装置的负荷检测机构的图，其中，图6A示出接触开始时的状态；图6B示出过渡到初始负荷作用时的状态；以及图6C示出在所述初始负荷状态下可通过一往复运动动力源进行加压控制时的状态；
图7例示出根据第二实施例的装配曲线(加压曲线、振动曲线、加热曲线)的一个示例；
图8A和8B为示出负荷检测装置和进而示出输出件的其它结构实例的图；
图9例示出按照本发明如何对一芯片保持工具进行下降控制；以及
图10A和10B为示出现有装配装置存在的问题的图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的实施例。
首先说明本发明的一第一实施例。
如作为方框图的图1所示，在根据第一实施例的装配装置中，一保持一电子部件100的芯片保持工具101装在一装在一轴103上的超声波焊头102上。轴103与一垂直驱动机构104连接并可如图1所示垂直地运动。此外，轴103上设有一包括一测力仪等的接触开始检测装置105，由此可检测电子部件100与一由一基片保持装置109保持的基片108(基片108上可允许装配多个电子部件中的一个)之间的接触。芯片保持装置101相当于用于保持装配部件的装置，基片保持装置109相当于用于保持装配目标部件的装置。
此外，设有一接触开始位置检测装置106，该检测装置可例如根据轴103(垂直驱动机构104)从转移位置A沿高度方向的移动量(可通过用一编码器等检测垂直驱动机构104的驱动量得出该移动量，也可使用一直线量规等直接检测该移动量)检测电子部件100与由基片保持装置109保持的基片108发生接触的位置，即接触位置Hc(从基片保持装置109的一预定基准位置到将处理的基片108表面的距离；见图2)。
将来自接触开始检测装置105和接触开始位置检测装置106的信号输入一包括一CPU、ROM、RAM、A/D转换器、各种I/F等的控制装置107。控制装置107根据各项信息—如输入信号和存储值—按照一预定的程序进行各种计算处理，向垂直驱动机构104发出一驱动信号以控制垂直驱动机构104的驱动，向超声波焊头102发出一驱动信号以控制超声波焊头102的驱动。
在该实施例中，如上所述对电子部件100与基片108的接触进行检测，同时，执行装配处理(接合处理)。
下面结合图3的流程图说明由该实施例的控制装置107进行的控制。
在图3中的步骤(附图中用“S”表示，下同)1中，控制装置107按照预先存储的信息设定Hs0(接触检测开始初始位置；见图2)。
此外，为尽可能缩短节拍时间等，希望从转移位置A到接触检测开始初始位置Hs0的下降以较高的速度进行，从而希望将接触检测开始初始位置Hs0设置得尽可能靠近基片108；但是，如上所述，由于产品变动等存在电子部件100与基片108之间的距离的变动等，因此，如图2所示，接触检测开始初始位置Hs0设置在一个使其可以可靠地避免电子部件100与基片108发生误接触并可充分保证接触检测距离Ls以保持接触检测精度(一离基片108较远的位置)的位置。
在步骤2中，控制装置107按照预先存储的信息将垂直驱动机构104移动到图2所示的一部件通过位置，使得电子部件100被芯片保持工具101吸持。
在步骤3中，将芯片保持工具101并由此将被芯片保持工具101吸持的电子部件100移动到图2所示的转移位置A。
在步骤4中，在较高的速度下将芯片保持工具101从转移位置A下降到接触检测开始初始位置Hs0。该步骤4构成一初始移动控制装置(的功能)。
在步骤5中，当芯片保持工具101下降到接触检测开始初始位置Hs0时，将下降速度变成一预先设定的较低的接触检测速度。步骤5构成一接触移动控制装置(的功能)。
在步骤6中，判断由芯片保持工具101吸持的电子部件100是否与基片108发生接触。例如可根据来自接触开始检测装置105的输出信号的变动作出这一判断。如在步骤6中判断结果为“YES”，则程序进行到步骤7，如判断结果为“NO”，则重复步骤6直到检测到接触。
在步骤7中，停止芯片保持工具101的下降。
在步骤8中，检测并存储芯片保持工具101沿高度方向的当前位置(实际接触位置)Hc。可根据一来自接触开始位置检测装置106的检测信号检测该接触位置Hc。
在步骤9中，得出下一个接触检测开始位置Hs1。可根据检测到的实际接触位置Hc和一预设的接触检测距离Ls得出下一个接触检测开始位置Hs1。例如可由等式Hs1＝Hc+Ls得出Hs1。此外，为了使所得到的下一个接触检测开始位置Hs1可反映在以后的处理中，将Hs1设为Hs0(Hs0←Hs1)。应该指出，在实现保持检测精度和降低节拍时间时，希望应把接触检测距离Ls的值设定得尽可能小，以允许保持希望的接触检测精度。步骤9构成一修正装置。
在步骤10中，控制超声波焊头51的驱动，以进行电子部件100与基片108的超声波焊接。
在步骤11中，当步骤10的装配处理完成时，将芯片保持工具101移动到转移位置A。
在步骤12中，判断是否存在一停止指令。如判断结果为“YES”，则流程完成；如判断结果为“NO”，则程序返回步骤2，从这里重复装配处理。
因此，在该实施例中，检测电子部件100与基片108真正开始接触的位置(接触位置Hc)，并根据检测结果修正下一次装配处理的接触检测开始位置，从而对每次接合处理都可修正接触检测开始位置，从而可在保持最佳接触检测距离Ls的同时使得接触检测开始位置Hc尽可能靠近基片108。因此，可在既可靠地避免电子部件100与基片108的误接触又保持希望的接触检测精度的同时尽可能缩短节拍时间，从而例如可在提高和保持产品质量的同时降低生产成本。
下面说明本发明的一第二实施例。
结合第二实施例，更具体地说明使用本申请人的日本专利申请公告No.2001-105559所述的负荷检测装置时的情况。
图4、5A和5B示出根据本发明的第二实施例的一装配装置(处理装置)的装配头部。
首先说明该实施例的部件装配装置的装配头部的总体结构。
如图4所示，一支承一装配头1的头底座2与用于在一预定位置支承基片108的基片保持装置109(见图1；图4中未示出)一起设置在部件装配装置的底座上，并设计成可通过一X-Y驱动机构(未示出)在X-Y平面中自由运动，X-Y平面与基片108的其上待装配电子部件100的待处理表面基本上平行。
装配头1通过一由一Z轴驱动电动机4和一Z轴滚珠丝杠机构6构成的Z轴驱动机构由头底座2支承。Z轴滚柱丝杠机构6经由一带轮和一传动带由Z轴驱动电动机4转动，一垂直活动块10可作垂直运动(沿与基片的待处理表面基本上垂直的Z方向运动)以相对于基片的待处理表面进行位置调节。
垂直活动块10装备有一θ转动机构20。该θ转动机构20是一用来在θ方向上转动一θ轴线轴30的机构，所述θ轴线轴30上安装有用于保持电子部件100的芯片保持工具52。在这里，θ方向为θ轴线轴30围绕一转动中轴线(见图5B)转动的方向。
θ转动机构20的一θ驱动电动机11固定在垂直活动块10上。如图5A所示，一输出带轮12固定在θ驱动电动机的输出转动轴上，输出带轮12的转动通过一传动带14传递给θ转动机构20的一输入带轮13。在图5A中，阴影部由垂直活动块10支承。
输入带轮13下方设有一同轴的减速器16(例如商标为“HarmonicDrive”的波形减速装置)以使输入带轮13的转动减速并将其传递给θ轴线轴30。输入带轮13与减速器16的一输入轴22同轴地连接。输入轴22通过支承件25A和25B可相对于由垂直活动块10支承的减速器16的壳体可转动地支承。
输入轴22的转动通过一同轴地布置在输入轴22外周向上的波形减速器装置23减速，并传递给一与其同轴布置在其外侧的输出轴件24。
在这里，输出轴件24相对于减速器16的壳体可转动地借助支承件26和27支承，从而可独立于该壳体地并进而独立于支承它的头底座2和垂直活动块10地转动。
θ轴线轴30通过一转动往复运动传动机构40与输出轴件24转动连接。因此，输出由输入带轮13输入的θ驱动电动机11的转动的输出轴件24的转动在由减速器16减速到预定水平后，经转动往复运动传动机构40传递给θ轴线轴30。
即，转动往复运动传动机构40具有一与θ轴线轴30的轴线基本上垂直的多边形截面(见图5B)并还包括一带有一中心孔的套筒41，所述中心孔具有与上述多边形形状相对应的形状并允许插入和保持θ轴线轴30，从而允许θ轴线轴30通过一支承件42(包括由一保持件44保持的滚针轴承46；见图4和5B)在Z方向上作往复运动，套筒41和输出轴件24转动连接，由此插入和保持在套筒41中的θ轴线轴30由于设有多边形结构可在带动作用下转动。套筒41通过一支承件48的介入可相对于垂直活动块10转动地被支承。
此外，输入带轮13、输入轴22和输出轴件24的转动中部是空心的，θ轴线轴30从这里穿过，如图4和5A所示，θ轴线轴30的上端部30A向上伸出超过输入带轮13。
另一方面，在图4中θ轴线轴30向下穿过转动往复运动传动机构40以便与输出轴件24连接，一超声波电动机51通过一超声波电动机支架50的介入安装装在其下端部30B上；保持电子部件100并作用在待处理表面上的芯片保持工具52安装在超声波电动机51上。
按照该实施例，θ轴线轴30的上端部30A与一往复运动动力源60(一加压致动器等，例如包括一音圈/直线电机(voice coil motor)、气缸、电磁致动器等)连接，从而使得θ轴线轴30并还使得芯片保持工具52通过一负荷检测装置70等的介入通过压力控制作往复运动(Z轴运动)。
即，在该实施例中，例如当将由芯片保持工具52保持的电子部件100压靠在基片108的待处理表面上时，在图4中向下驱动往复运动动力源60，由此往复运动驱动力作用在θ轴线轴30上，在图4中θ轴线轴30可通过θ轴线轴30在其中插入并保持成可进行垂直往复运动的转动往复运动传动机构40中向下(沿Z轴方向)运动。
往复运动动力源60起本发明的加压装置的作用，其驱动量控制成：可根据来自一控制装置107(见图1；图4、5A和5B中未示出)的控制信号(符合一装配曲线，在该装配曲线中例如设定加压压力、加压正时、加压周期、加压时间变动等)实现预定加压压力控制。这种控制可以是一前馈控制(开环控制)，并同时可以是一例如基于负荷检测装置70的压力检测结果的反馈控制(闭环控制)。
如上所述，在该实施例中，由于设置了转动往复运动传动机构40，因此θ驱动电动机11的转动可经由输入带轮13、减速器16和输出轴件24传递给θ轴线轴13，同时，通过另一路线输入的来自往复运动动力源60的沿垂直方向(Z方向)的一驱动力(往复力)可传递给θ轴线轴30。
下面说明该实施例的负荷检测装置70。
该实施例的负荷检测装置70起根据本发明的一接触开始检测装置(或压力检测装置)的作用，并如图4和5A所示，设置在θ轴线轴30的上端部30A和往复运动动力源60之间。
(压力检测机构)
如图5A所示，负荷检测装置70包括一通过一体地连接纵向件71A和71B与横向件72A和72B形成的矩形应变件71。此外，用作检测应变的应变检测装置的应变仪73A和73B安装在应变件71的横向件72A和72B上。根据来自所述应变仪73A和73B的检测信号，可检测作用在θ轴线轴30上的力，即作用在电子部件100与基片108之间的实际压力。
确切说，应变件71的纵向件71A的下表面上装有一轴支承件74，该轴支承件的一个端部固定在所述下表面上，而其另一个端部横向地向θ轴线轴30的中轴线延伸以通过一轴承74A等可转动地支承θ轴线轴30的上端部30A，同时将其支承成使得可调节沿θ轴线轴30的Z方向的相对运动。
此外，纵向件71B的顶面上装有一往复运动动力源侧件75，其一端固定在该顶面上，另一端横向伸向θ轴线轴30的中心轴线以接受一来自往复运动动力源60的一输出轴61的压力。
因此，当在图4和5A中向下驱动往复运动动力源60时，其力传递到往复运动动力源侧件75上，并传递到与往复运动动力源侧件75连接的纵向件71B上，然后通过横向件72A和72B传递到纵向件71A上，以通过轴支承件74的介入传递到由纵向件71A支承的θ轴线轴30上。利用这样传递该力，安装在θ轴线轴30下端侧上的电子部件100以一预定压力压靠在基片108上。
在这种情况下，与往复运动动力源60的输出轴61连接的往复运动动力源侧件75并进而还有纵向件71B在图5A中倾向于向下位移；但是，与θ轴线轴30连接的纵向件71A由于电子部件100的反作用力倾向于抵抗该位移，因此在设置在纵向件71A与纵向件71B之间的横向件72A和72B中产生一与所述压力对应的应变。因此通过用应变仪73A和73B检测该应变就可精确地检测作用在电子部件100与基片108之间的实际压力。
为了可精确地检测沿θ轴线轴30的轴向产生的压力并进而防止应变件71(进而防止负荷检测装置70)由于在所述压力作用时产生的力偶发生转动，可通过一进行引导以进行一与θ轴线轴30的轴向基本上平行的运动直线引导件76支承往复运动动力源侧件75并进而支承纵向件71B(并进一步支承负荷检测装置70)。
此外，所述直线引导件76调节往复运动动力源侧件75的与θ轴线轴30的轴向(Z方向)基本上平行的方向上的运动之外的运动，从而，与支承θ轴线轴30以使轴30能在θ方向上转动的支承件74A的作用相协同地，可防止负荷检测装置70沿θ方向被θ轴线轴30沿θ方向的转动牵动。在图5A中，标号90表示一起一弹簧(重量平衡弹簧)作用的部件，该部件用于以一预定弹力支承一相对于垂直活动块10的压力位于下游侧的部件，以防止在压力传递路径中相对于压力方向位于横向件72B下游侧的该部件的重量影响压力检测。弹簧90不限于所示弹簧；只要可提供相同的作用可使用任何弹簧类型；例如可在图5A中水平设置一板簧，将板簧的一端固定在轴支承件74上，另一端固定在垂直活动块10上。也可省略弹簧90。
在如上设计的装配装置中，执行与参考第一实施例所示的图3的流程图相同的程序，以在电子部件100与基片108之间进行接合。
下面结合图3的流程图说明在该实施例中进行的程序。
在步骤1中，控制装置107按照预先存储的信息设定Hs0(接触检测开始初始位置；见图2)。
在步骤2中，在图2所示的一部件通过位置中用芯片保持工具52通过真空吸持来保持待装配的电子部件100。
在步骤3中，按照由控制装置107进行的控制来操作X-Y驱动机构以将装配头1移动到基片108上方的转移位置A。同样，按照由控制装置107进行的控制来操作θ转动机构20以相对于基片108使电子部件100的走向处于正确的安装方向。
在这种状态下，例如通过一成像装置对电子部件100和基片108进行成像，并对所获得的图像数据进行图像处理，以计算电子部件100与基片108之间的位置偏差。根据所得到的位置偏差数据，再次操作X-Y驱动机构和θ转动机构20以相对于基片108对电子部件100进行位置修正。
通过上述过程相对于基片108将电子部件100设置在正确装配位置上。
在步骤4中，操作由Z轴驱动电动机4和Z轴滚珠丝杠机构6构成的并允许进行位置调节的Z轴驱动机构，以将电子部件100下降到接触检测开始初始位置Hs0。例如为了既提高处理效率又抑制惯性力，要求对该下降操作进行控制，从而使下降速度可如图9所示变化；但这当然允许按需要进行变化，例如下降以匀速进行。
在此下降操作过程中，由下降操作产生的惯性力会造成θ轴线轴30和负荷检测装置70浮动或作用在横向件72A和72B上，从而对由应变仪73A和73B进行的压力检测(接触点检测)产生不利影响。因此，先用一预定的初始压力在图4中向下驱动往复运动驱动源60，并利用所述驱动力通过压靠在锁定件77上来推动往复运动动力源侧件75，从而相对于垂直活动块10将往复运动动力源侧件75并进一步将纵向件71B锁定在Z方向上的一预定位置上。同时如图5A所示，相对于垂直活动块10将一锁定件83并进一步将固定在其上的纵向件71A锁定在Z方向上的一预定位置上(一在横向件72A和72B中不产生相对于锁定件77的锁定位置的应变的位置)。通过旋入量调整、垫片调整等使锁定件77和锁定机构80的锁定位置(高度)可调。
由于这种布置，即使在下降操作过程中产生惯性力也可以可靠地防止θ轴线轴30和负荷检测装置70浮动，从而可限制在横向件72A和72B中产生应变，从而尽可能抑制惯性力对负荷检测装置70的负荷检测的影响。
锁定件77的锁定作用不限于消除惯性力等的影响。如下所述，事先在一预定初始压力下驱动用于压力控制的往复运动动力源60，使得输出轴61和往复运动动力源侧件75在芯片与基片开始接触前抵靠在锁定件77上，从而该锁定有利于从芯片与基片开始接触到达到所述预定初始压力可通过Z轴驱动机构的位置控制实现压力控制。
在步骤5中，如图9所示，在保持锁定件77和锁定机构80的锁定状态的同时，在较低的匀速下将电子部件100下降一预定的量以使电子部件逐渐靠近基片108。在匀速下开始该一预定量的下降时，基本上消除了惯性力的不利影响，从而在保持锁定件77的锁定状态的同时释放锁定机构80的线圈81以取消锁定机构80的锁定。这里锁定件77相当于锁定装置。
在步骤6中，判断由芯片保持工具52吸持的电子部件100是否与基片108发生接触。例如可根据来自用作接触开始检测装置105的负荷检测装置70的输出信号中的变化作出这一判断。如果步骤6的判断结果为“YES”，程序进行到步骤7中，如果判断结果为“NO”，重复步骤6直到检测到接触。
在该实施例中，如下根据负荷检测装置70的输出以高精度检测接触开始时间。
即，在该实施例中，其中设置有支承往复运动动力源侧件75的锁定件77，该锁定件从图5A中的下方(沿与重力相反的方向)在Z方向上的一预定位置上与往复运动动力源60的输出轴61连接。
该锁定件77由垂直活动块10支承，并且利用该锁定件77，即使在图4中向下驱动往复运动动力源60，输出轴61和往复运动动力源侧件75也相对于垂直活动块10被锁定在Z方向上的一预定位置上。
因此，通过在步骤5中匀速下降Z轴驱动机构，电子部件100与基片108的接触开始；如图6A所示，接触开始时电子部件100与基片108之间产生一压力；尽管锁定机构80处于释放状态，仍由锁定件77保持往复运动动力源60输出轴61的锁定，从而随着Z轴驱动机构的移动上述压力使横向件72A和72B应变，由此可如图7所示以较平缓梯度逐渐提高压力。
如图6B所示，当该压力β(反作用力)小于往复运动动力源60的输出(压力)α时，通过θ轴线轴使轴支承件74上升，安装在应变件71的纵向件71A的上表面上的锁定件83与锁定机构80的止挡82分开，从而在横向件72A和72B中产生应变。
因此，利用检测横向件72A和72B中应变来检测压力的该实施例的负荷检测装置70可以以高精度检测伴随接触开始发生的压力的微小变化。
即，在该实施例中，电子部件100与基片108可以以微小的压力平稳地开始接触，并可以较缓和地提高压力，从而可以可靠地防止当电子部件100与基片108误碰撞时出现的损坏等，并可根据由负荷检测装置70获得的压力检测结果以高精度检测接触的开始。在检测接触开始时，例如可将由负荷检测装置70检测到的压力变得大于一预定接触开始压力(包括压力为○的情况)的时刻或压力发生一预定变化(压力变动曲率变得大于一预定水平)的时刻作为接触开始点。但是，从接触开始到下面所述的初始负荷状态的完成的压力特性与由往复运动动力源60提供的预定初始压力等有关，因此除了压力的平缓提高，可通过调节Z轴驱动机构的移动速度提供一任意的压力提高特性(压力提高速度)。
然后，在步骤7中，停止Z轴驱动机构的移动，并停止芯片保持工具52的下降。
在步骤8中，检测并存储芯片保持工具52在高度方向上的当前位置(实际接触位置)Hc。可根据来自参考第一实施例说明接触开始位置检测装置106的检测信号检测接触位置Hc。确切说，接触开始位置检测装置106包括一与Z轴驱动机构在Z方向上的移动操作连接的编码器等，从而可根据该编码器的输出信号检测Z轴驱动机构从转移位置A的下降量。因此，根据在步骤6中检测到的接触开始时间的编码器转动量(并进一步根据Z轴驱动机构从转移位置A的下降量)检测接触位置Hc。
在步骤9中，与第一实施例相同，得出下一个接触检测开始位置Hs1。可根据检测到的实际接触位置Hc和一预设的接触检测距离Ls得出下一个接触检测开始位置Hs1。例如可由等式Hs1＝Hc+Ls得出Hs1。此外，为了使所得到的下一个接触检测开始位置Hs1可反映在以后的处理中，将Hs1设为Hs0(Hs0←Hs1)。应该指出，在实现保持检测精度和降低节拍时间时，希望应把接触检测距离Ls的值设定得尽可能小，以允许保持希望的接触检测精度。
在步骤10中，控制超声波焊头51的驱动，以进行电子部件100与基片108的超声波焊接。
确切地说，进行如下处理。
在检测到接触开始点后，随着由Z轴驱动机构进一步下降电子部件100，在电子部件100与基片108之间产生的压力(反作用力)β逐渐提高，从而提高了横向件72A和72B的应变；但是，当芯片与基片之间的压力(反作用力)β达到往复运动动力源60的输出轴61的锁定件77的一预定初始压力(即压力α)时，电子部件100与基片108之间的实际压力(反作用力)β与锁定件77的预定初始压力α如图6C所示互相平衡，结果如图6C所示可相对于锁定件77向上移动往复运动动力源60的输出轴61并进一步向上移动垂直活动块10。此时，输出轴61与锁定件77分离，由锁定件77进行的位置调节取消。
即，如图7所示，即使继续降低电子部件100，也形成一压力不提高的常压期(初始负荷状态)。
应该指出，在图7所示的装配曲线中，从接触开始到完成初始负荷的加压曲线(加压特性)与Z轴驱动机构的移动速度、由往复运动动力源60提供的预定初始压力等有关，因此通过调节Z轴驱动机构的移动速度、往复运动动力源60的初始压力等可设定一任意的加压曲线(加压特性)。此外，在该实施例中，可通过负荷检测装置70以高精度检测并监控从接触开始到完成初始负荷状态的实际压力变化。因此，通过根据监控结果以前馈控制方式调节该移动速度、该预定初始压力等，或通过根据负荷检测装置70的压力检测结果反馈控制该移动速度、往复运动动力源60的预定初始压力等，可按需要控制从接触开始到完成初始负荷状态的加压曲线。
当所述常压期达到预定长度时，按照加压曲线(图7装配曲线中完成初始负荷状态之后的曲线)由往复运动动力源60进行加压控制。
在该加压控制中可反馈控制往复运动动力源60的驱动量(压力)，从而根据由负荷检测装置70获得的压力检测结果实现预定的加压曲线，由此与进行前馈控制的情况相比可更精确地跟踪/符合加压曲线。但是当然也可不进行任何反馈控制地监控由负荷检测装置70检测到的压力，并用该压力来调节前馈控制值或将该压力用作判断加压状态的信息。
这样，可用由该实施例的负荷检测装置70获得的检测结果壳实现允许以高精度跟踪加压曲线的加压控制。
电子部件100压靠在基片108上，并按照在其中振动量和加热量确定为预定水平(图7)的该装配曲线进行加热(即在控制加热正时和加热量或加热正时和振动量的同时)的同时，振动超声波焊头51，由此电子部件100侧的导体熔合在基片108侧的导体上，以由此完成操作。
步骤10的装配处理完成后，在步骤11中芯片保持工具52移动到转移位置A。
在步骤12中，由控制装置107判断是否存在一停止指令。如果判断结果为“YES”，则该流程结束；如果判断结果为“NO”，则程序返回步骤2，从这里重复装配处理。
这样，在第二实施例中，通过使用负荷检测装置70以高精度检测电子部件100实际开始与基片108接触时的位置(接触位置Hc)，并根据检测结果修正下一次装配处理的接触检测开始位置，从而对于每次压焊处理都可以以高精度修正接触检测开始位置，由此可在保持一最佳的接触检测距离Ls的同时使接触检测开始位置Hc尽可能靠近基片108。因此，可在既可靠地避免电子部件100与基片108的误接触又保持希望的接触检测精度的同时尽可能缩短节拍时间，由此可实现保持/提高产品质量并降低生产成本。
下面说明本发明第三实施例。
在第三实施例中提供一基本上与第二实施例的结构相同的结构，并进行类似的处理，与第二实施例相比，只是可以以更高的精度进行图3的流程图的步骤8的接触位置Hc的检测。下面只说明与第二实施例不同之处。
在第三实施例中也检测实际接触位置Hc；为了实现更高的检测精度，第三实施例除了接触开始位置检测装置106外还采用了一直线量规110。
即，在第三实施例中，与第二实施例一样，通过利用由负荷检测装置70获得的检测结果检测接触开始；如参考图6B所述，当使用负荷检测装置70时，θ轴线轴30上升直到检测到接触开始，这意味着，不能只通过根据由接触开始位置检测装置106检测到的编码器的转动量(并进一步根据Z轴驱动机构从转移位置A的下降量)来获得接触位置Hc(见图9)来考虑到该上升量的因素。
因此，在第三实施例中，考虑到上述上升量，设有直线量规110以便以更高的精度获得实际接触位置Hc。
如图5A所示，直线量规110设置成可检测应变件71并进一步检测θ轴线轴30的上升量。将直线量规110的输出信号输入控制装置107(未示出)。θ轴线轴30构成输出件的一部分。当如在该实施例中那样设置应变件71时，应变件71也构成输出件的一部分。
此外，在第三实施例中，对于图3的流程图的步骤1-7，进行与第二实施例相同的程序，而在步骤8中，根据来自接触开始位置检测装置106的检测信号和来自直线量规110的检测信号来检测接触位置Hc。确切说，通过从由接触开始位置检测装置106的编码器的输出信号得出的接触位置Hc中减去由直线量规110的检测信号得出的上升量ΔH，以更高的精度来检测实际接触位置。并将“Hc-ΔH”设定为接触位置Hc(Hc←Hc-ΔH)。在这里，直线量规110相当于上升量检测装置，在步骤8种进行的接触位置Hc的修正相当于接触开始位置修正装置。
接下来，在步骤9中，如在第二实施例中那样，得出下一个接触检测开始位置Hs1。可根据步骤8设定的接触位置Hc(＝Hc-ΔH)和一预设的接触检测距离Ls得出下一个接触检测开始位置Hs1。例如可由等式Hs1＝Hc+Ls得出Hs1。并且，为了使所得到的下一个接触检测开始位置Hs1可反映在以后的处理中，将Hs1设为Hs0(Hs0←Hs1)。
然后，如第二实施例中那样，执行步骤10-12的程序。
这样，按照第三实施例，在使用负荷检测装置70的检测结果检测接触开始时，在接触开始时就考虑到了θ轴线轴30和由此电子部件100的上升量，并检测实际接触位置Hc，从而可以以更高的精度得出实际接触位置Hc。因此，按照第三实施例，可以以更高的精度修正下一次装配处理的接触检测开始位置，从而对于每次装配处理都可以以高精度修正接触检测开始位置，由此可在更精确地确保接触检测距离Ls的同时使接触检测开始位置Hc尽可能靠近基片108。因此，在既可靠地避免电子部件100与基片108的误接触又将接触检测精度保持在一更高的水平的同时，可尽可能缩短节拍时间，从而可实现在更高的水平下保持/提高产品质量并降低生产成本等。
此外，作为在参考上述实施例所述的装配装置中将电子部件(芯片)接合到基片上的方法，也可采取这样一种系统，在该系统中，将粘结剂施加到电子部件(芯片)或基片(或两者)的接合表面上，并在按照该装配曲线将芯片压靠在基片上的同时粘结剂固化，由此将芯片接合到基片上。
此外，尽管在上述实施例中电子部件与基片沿重力方向互相接触，但它们当然也可沿与重力方向不同的方向互相接触，例如水平方向。在这种情况下，消除或减轻了重力对负荷检测的不利影响，从而在第二和第三实施例中可减小弹簧80的大小或省略弹簧80等。
应该指出，本发明不限于用于将一芯片安装到一基片上的装置；本发明可用于在检测压力的同时对一待处理部件进行一定处理的任何处理装置。
此外，在不需要进行θ修正等时，可省略各种用于θ修正的装置，如θ转动结构20和转动往复运动传动机构40。此外，尽管在上述实施例中在装配头一侧上进行用于在X、Y和Z方向上定位的移动，但也可采取这样一种结构，在该结构中，基片侧—即基片台(支承构成处理对象的基片的底座)—相对于装配头沿X、Y和Z方向或沿其中部分方向移动。
此外，虽未作明确说明，但上述各实施例的装置的各元件、装置、机构、部件的布置不限于如上所述，而是允许进行适当的改变。例如，可采取图6A、6B和6C所示布置。
如上所述，按照本发明，检测装配部件与装配目标部件实际开始接触时的位置，并根据检测结果修正下一次装配处理的接触检测开始位置并进一步修正初始移动量，从而对于每次装配处理都可以以高精度修正接触检测开始位置，由此，在既可靠地避免装配部件与装配目标部件的误接触又保持希望的接触检测精度的同时，可尽可能缩短节拍时间，由此可实现保持/提高产品质量并降低生产成本。

Claims (8)

1、一种装配装置，包括：
一用于保持一装配部件的装配部件保持装置；
一用于保持一装配目标部件的装配目标部件保持装置；
一控制装置，所述控制装置用于移动装配部件保持装置和装配目标部件保持装置之一，以使由装配部件保持装置保持的装配部件与由装配目标部件保持装置保持的装配目标部件以一预定的方式相互接触，以进行一预定的处理；
一用于检测装配部件与装配目标部件之间开始接触的接触开始检测装置；以及
一接触开始位置检测装置，所述接触开始位置检测装置用于检测由接触开始检测装置检测到装配部件与装配目标部件开始接触时的接触开始位置，
其中，所述控制装置包括：
一用于将所述待移动的装置中的一个装置从一预定初始位置起向另一个装置移动一预定初始移动量的初始移动控制装置；
一接触移动控制装置，所述接触移动控制装置用于，在由所述初始移动装置移动所述预定初始移动量后，以与初始移动装置的移动不同的方式将所述待移动的装置中的一个装置向另一个装置移动，从而使装配部件与装配目标部件接触的；以及
一修正装置，所述修正装置用于，在每次由接触开始位置检测装置检测到接触开始位置时，修正所述预定初始移动量和一由所述修正装置根据检测到的接触开始位置进行修正后得出的预定初始移动量之一。
2、一种按权利要求1所述的装配装置，其特征在于，所述接触开始检测装置包括一用于根据在装配部件与装配目标部件之间产生的一接触压力检测接触开始的装置。
3、一种按权利要求1或2所述的装配装置，其特征在于，所述接触开始位置检测装置包括一用于根据所述待移动的装置中的一个装置从一预定基准位置移动到检测到装配部件与装配目标部件开始接触时的移动量来检测接触开始位置的装置。
4、一种按权利要求1-3中任一项所述的装配装置，其特征在于，还包括：
一用于使一输出件作用在装配部件和装配目标部件之一上以在相互接触的装配部件与装配目标部件之间施加一预定的接触压力的加压装置；
一用于作为一支承部从一与加压方向相对的方向上支承所述输出件的一中间部分以调节输出件沿加压方向相对于所述支承部的相对运动的锁定装置；以及
一压力检测装置，该压力检测装置用于检测在作用在装配部件和装配目标部件之一上的输出件的一端部与一基本上垂直于输出件的加压方向的横截面的一位置之间实际作用在所述输出件上的一压力，其中所述横截面包括所述锁定装置的支承位置，
其中，在所述锁定装置在所述加压装置的输出件上作用一预定压力并同时支承所述输出件的同时，所述控制装置使初始移动控制装置和接触移动控制装置移动装配部件保持装置和装配目标部件保持装置之一；和
其中，使压力检测装置起接触开始检测装置的作用。
5、一种按权利要求4所述的装配装置，其特征在于，还包括：
一用于检测作为上升量的由于当装配部件与装配目标部件发生接触时产生的一接触压力造成的在输出件的一接触侧端部与所述支承部之间的输出件变形量的上升量检测装置；以及
一用于修正由所述接触开始位置检测装置根据所述上升量检测到的接触开始位置的接触开始位置修正装置，
其中，每次由所述接触开始位置检测装置检测到一接触开始位置时，所述修正装置修正所述初始移动量和由所述修正装置根据由所述接触开始位置修正装置修正的接触开始位置进行修正后得出的一预定初始移动量之一。
6、一种按权利要求5所述的装配装置，其特征在于，所述上升量检测装置通过一直线量规检测所述上升量。
7、一种用于一装配装置的控制装置，包括：一用于移动装配部件保持装置和装配目标部件保持装置之一以使由装配部件保持装置保持的装配部件与由装配目标部件保持装置保持的装配目标部件以一预定方式互相接触以进行一预定处理的控制装置，
其中，将来自一用于检测装配部件与装配目标部件之间开始接触的接触开始检测装置的信息和来自一用于检测由所述接触开始检测装置检测到的装配部件与装配目标部件之间开始接触时的接触开始位置的接触开始位置检测装置的信息输入所述控制装置；以及
其中所述控制装置包括：
一用于将所述待移动的装置中的一个装置从一预定初始位置起向另一个装置移动一预定初始移动量的初始移动控制装置；
一接触移动控制装置，所述接触移动控制装置用于，在由所述初始移动装置移动所述预定初始移动量后，以与初始移动装置的移动不同的方式将所述待移动的装置中的一个装置向另一个装置移动，从而使装配部件与装配目标部件接触；以及
一修正装置，所述修正装置用于，在每次由接触开始位置检测装置检测到接触开始位置时，修正所述预定初始移动量和一由所述修正装置根据检测到的接触开始位置进行修正后得出的预定初始移动量之一。
8、一种按权利要求7所述的用于一装配装置的控制装置，其特征在于，所述装配装置包括：
一用于使一输出件作用在装配部件和装配目标部件之一上以在相互接触的装配部件与装配目标部件之间施加一预定的接触压力的加压装置；
一用于作为一支承部从一与加压方向相对的方向上支承所述输出件的一中间部分以调节输出件沿加压方向相对于所述支承部的相对运动的锁定装置；以及
一压力检测装置，该压力检测装置用于检测在作用在装配部件和装配目标部件之一上的输出件的一端部与一基本上垂直于输出件的加压方向的横截面的一位置之间实际作用在所述输出件上的一压力，其中所述横截面包括所述锁定装置的支承位置，
其中，将来自一上升量检测装置的信息输入所述控制装置，所述上升量检测装置用于检测作为上升量的由于当装配部件与装配目标部件发生接触时产生的一接触压力造成的在输出件的一接触侧端部与所述支承部之间的输出件变形量；
其中，所述控制装置装备有一用于修正由所述接触开始位置检测装置根据所述上升量检测到的接触开始位置的接触开始位置修正装置；以及
其中，每次由所述接触开始位置检测装置检测到一接触开始位置时，所述修正装置修正所述初始移动量和由所述修正装置根据由所述接触开始位置修正装置修正的接触开始位置进行修正后得出的一预定初始移动量之一。
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